导读：细化晶粒成为改善材料性能的重要途径。目前的晶粒超细化方法主要针对铁素体晶粒的超细化，难以用来实现原奥氏体晶粒超细化。本文报道了一种有效实现碳钢原奥氏体晶粒超细化的方法，采用高能电脉冲处理，成功制备了超细晶42CrMo钢和超细晶M2高速钢。

自从Hall-Petch揭开了材料晶粒尺寸与强度的关系之后，如何细化金属材料组织尺寸成为改善材料性能的重要途径。根据Hall-Petch定律，为了实现钢材强度翻倍，晶粒尺寸需要超细化。于是日本于上世纪90年代末率先提出 “超级钢”计划，目标是开发具有超细晶粒组织的高性能钢材。随后韩国、中国和欧盟相继制定了自己的超细晶钢研发计划。从此，超细晶成为了高性能钢材的一项重要特征。

经过三十多年的发展，全世界的研究人员开发了多种超细晶钢制备方法，构件了系统的超细晶组织控制理论。这些方法和理论包括：控轧控冷，中间热轧，大塑性变形，形变诱导铁素体相变等等。然而这些晶粒超细化方法主要针对铁素体晶粒的超细化。对于众多高强钢而言，它们服役状态的显微组织通常为马氏体、回火马氏体或贝氏体。晶粒超细化是要求它们的原奥氏体晶粒尺寸小于5μm，因此，铁素体晶粒超细化方法难以用来实现原奥氏体晶粒超细化。

来自湖北汽车工业学院的研究人员报道了一种有效实现碳钢原奥氏体晶粒超细化的方法，他们采用高能电脉冲对42CrMo钢、高速钢进行处理，成功制备了超细晶42CrMo钢和超细晶M2高速钢。相关研究成果获得发明专利授权，并先后发表在国际期刊上，分别为发表在ISIJ International期刊题为的Fabrication of Ultrafine Grained High Speed Steel with Satisfactory Carbide Dissolution by Electropulsing Treatment，以及 发表在Materials Science & Engineering A期刊题为的Microstructure and mechanical property of electropulsing tempered ultrafine grained 42CrMo steel。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139213

https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2018-774

论文第一作者在吉林大学就读研究生期间就发现并报道了电脉冲作用下碳钢中的奥氏体晶粒在逆相变过程中具有很高的形核率，新的研究结果进一步证实了电脉冲对钢中原奥氏体晶粒出色的超细化能力，并且适用于多种碳钢。

图1、电脉冲处理M2高速钢显微组织： （a） 1095℃， （b）1138℃， （c） 1185℃，；（d）~（f） 为 （a） ~ （c）高倍图像。

图2、42CrMo钢830℃淬火原奥氏体晶界形貌：（a）电脉冲处理；（b）传统热处理

原奥氏体晶粒超细化将进一步促进淬火后马氏体组织的细化。但是通过统计EBSD检测数据中的大角度晶粒数量发现，一个超细原奥氏体晶粒中含有的亚晶粒数量大幅度少于粗大的原奥氏体中含有的亚晶粒数量。这意味着，随着原奥氏体晶粒超细化，马氏体组织将越来越难以细化。

图3、42CrMo钢EBSD图片：（a）传统830℃淬火试样IPF图，（b）为（a）的晶界；（c）电脉冲830℃淬火试样IPF图，（d）为（c）的晶界。

这些工作不仅为制备原奥氏体超细晶钢带来了一种新的有效方法，同时还让人们看到高能电脉冲复杂的热效应与非热效应对奥氏体的相变具有独特的影响，这事关奥氏体超细化过程中所需高形核率产生的根本原因。这将启发人们去探索新的奥氏体超细化相变机理。